equipamento escada multifuncional para exercicios de

Congresso de Inovação, Ciência e Tecnologia do IFSP - 2016
EQUIPAMENTO ESCADA MULTIFUNCIONAL PARA EXERCICIOS DE
FORTALECIMENTO MUSCULAR DE MEMBROS INFERIORES EM SESSÃO
FISIOTERÁPICA
BRUNO J. SANTOS1, MATHEUS P. SOUZA2, MILTON P. PIRES3, TARCÍSIO F. LEÃO4
1
Graduando em Superior de Tecnologia em Automação Industrial, IFSP, Câmpus São Paulo, [email protected].
Graduando em Superior de Tecnologia em Automação Industrial, IFSP, Câmpus São Paulo, [email protected].
3
Graduando em Superior de Tecnologia em Automação Industrial, IFSP, Câmpus São Paulo, [email protected].
4
Professor Orientador, IFSP, Câmpus São Paulo, [email protected].
2
Apresentado no
7° Congresso de Iniciação Científica e Tecnológica do IFSP
29 de novembro a 02 de dezembro de 2016 - Matão-SP, Brasil
RESUMO: Este trabalho objetivou a construção de um sistema de exercícios isotônicos para
fortalecimento muscular adaptado às necessidades físicas específicas do paciente durante todo o
processo de fisioterapia dos membros inferiores. O equipamento denominado Escada Multifuncional é
composto por duas rampas, um degrau fixo e dois moveis. O termo móvel refere-se à capacidade de
elevação do equipamento. Os degraus podem ser elevados entre 0 e 25 cm de altura, considerando a
superfície de apoio dos pés do degrau anterior ou da rampa. A configuração das alturas dos degraus é
realizada por um programa IHM. A medição e controle são realizada por sensores ultrassônicos e um
micro-controlador. Durante todo o trajeto de exercício de fortalecimento muscular na Escada
Multifuncional o paciente é recepcionado pelo sistema cognitivo das plantas dos pés pelo uso de capas
sensórias distintas entre as várias superfícies de contato, seu objetivo é o estímulo neural e muscular
tendo em vista a sensibilidade humana em resposta a alterações de meios.
PALAVRAS-CHAVE: Fisioterapia adaptativa; fortalecimento muscular; estimulo neural e muscular.
LADDER MULTIFUNCIONAL EQUIPMENT FOR STRENGTHENING EXERCISES
MUSCULAR LOWER LIMBS IN SESSION PHYSIOTHERAPEUTIC
ABSTRACT: This study aimed to construct an isotonic system of exercises for muscle strengthening
adapted to the specific physical needs of the patient throughout the process of physiotherapy of the
lower limbs. The equipment called Multifunctional ladder consists of two ramps, a fixed step and two
furniture. The mobile term refers to the equipment lifting capacity. The steps can be high between 0
and 25 cm elevated, considering the feet of the supporting surface from the previous step or ramp. The
configuration of the heights of the steps are performed by a HMI program. The measurement and
control are performed by ultrasonic sensors and a microcontroller. Throughout the muscle
strengthening exercise path in Multifunctional Ladder patient is received by the cognitive system of
the soles of the feet by using different sensory layers between the various surfaces of contact, your
goal is to neural and muscle stimulation with a view to human sensitivity means in response to
changes.
KEYWORDS: adaptive physical therapy; muscle strengthening; neural and muscle stimulation.
INTRODUÇÃO
Os aumentos constantes da demanda de exercícios físicos na sociedade moderna, com o
objetivo de uma vida saudável ou lazer ocasional, trazem consigo um aumento simultâneo no risco de
lesões físicas, devido principalmente a falta de preparo físico inicial dos atletas ocasionais. O enorme
desgaste causado pelo abrupto esforço físico resulta, com uma frequência cada vez maior, em sérias
lesões traumáticas e danos ao sistema musculoesquelético, provenientes do desgaste anormal extremo.
A falta de preparo durante um grande esforço físico causa “aproximadamente 80.000 acidentes
por ano apenas na Alemanha. Desses acidentes, 75% são lesões mínimas, 20% moderados e 5%
graves” (EITNER,KUPRIAN,MEISSNER,ORK, 1989, pg. 21). O esporte mais popular na América
Latina, o futebol, “tem a cota mais alta de lesões físicas entre profissionais, em torno de 10%”
(EITNER,KUPRIAN,MEISSNER,ORK, 1989, pg. 32).
Após uma lesão física independentemente da gravidade é necessário um tempo para
recuperação física dos membros afetados, variado de pouco a muito, dependendo da quantidade de
membros lesionados, do lugar e da intensidade da lesão. Durante quase todo o processo de
recuperação física, o paciente é obrigado ao afastamento de uma vida produtiva e social em prol da
restauração plena de sua integridade física. Uma investigação feita para se conhecer a quantidade de
tempo perdido de trabalho, feita por Groh e Groh, “revelou que de 2.739 pessoas lesadas fisicamente,
637 faltaram uma semana no trabalho, 702 faltaram duas semanas, 392 até três semanas, 258 até
quatro semanas, 186 até seis semanas e 110 até oito semanas. O tempo perdido de trabalho pelos
remanescentes variou de três a doze meses. O tempo médio perdido de trabalho foi de três semanas”
(EITNER,KUPRIAN,MEISSNER,ORK, 1989, pg. 35).
A principal etapa da recuperação de lesões físicas consiste nos exercícios de fortalecimento
muscular, que podem ser de dois tipos: Isométricos (estáticos) e isotônicos (dinâmicos). Para o sucesso
do tratamento fisioterápico convencional é necessário começar o mais rápido possível com tratamentos
isométricos, pela limitação muscular do paciente e pela atrofia natural dos membros imobilizados, e
após uma recuperação considerável de tônus muscular, o paciente deverá começar os exercícios
isotônicos, sendo a quantidade em tempo e intensidade deste, os responsáveis diretos pela velocidade
da restauração muscular plena do paciente, ou seja, os exercícios isométricos servem como uma
preparação para o real tratamento de fortalecimento muscular.
A solução proposta neste projeto é fornecer uma alternativa viável para o considerável tempo
de afastamento do paciente de seu cotidiano pela limitação dos membros afetados durante uma lesão
física de membros inferiores e imobilização destes durante o tratamento de recuperação física, atuando
especificamente na etapa de fortalecimento muscular de membros inferiores, fornecendo pelo
equipamento Escada Multifuncional, um ciclo de exercícios isotônicos de início rápido, logo após a
etapa de tratamento de edemas e/ou infecções. Proporcionando um retorno efetivamente mais rápido
do que pelos métodos atuais de fortalecimento muscular de membros inferiores, mas em nada menos
pleno em termos de fortalecimento muscular.
O objetivo do trabalho é apresentar o protótipo da Escada Multifuncional construído, bem
como, os testes funcionais do protótipo.
MATERIAL E MÉTODO
O protótipo foi projetado e executado em 4 etapas: projeto mecânico, projeto de automação,
construção e testes funcionais.
A descrição do equipamento, denominado Escada Multifuncional, em módulos estruturais
explica seus componentes, bem como, sua função e requisito.
Corrimão - Oferece apoio físico ao paciente durante os exercícios, possibilitando ao trajeto
pelo equipamento Escada Multifuncional mais segurança;
Rampa (sendo uma para entrada e outra para saída do paciente) - Possibilitando uma entrada
suave ao paciente ao mesmo tempo em que o recepciona com uma capa sensorial, estimulando o tato
pelos nervos de atrito da planta dos pés. Com um efeito sensorial semelhante, mas finalidade distinta,
a segunda rampa oferece um descanso ao paciente após o estresse necessário dos exercícios físicos de
recuperação muscular. A capa sensorial também se faz presente em todos os degraus;
Degrau fixo - Faz a transição entre a rampa de entrada e o primeiro degrau móvel;
Degraus móveis - Possibilitam uma altura adaptada as necessidades físicas do paciente durante
todo o tratamento de recuperação muscular. A altura máxima individual dos degraus é de 25cm em
relação ao degrau anterior e 40cm em relação ao chão.
Todas as estruturas foram construídas utilizando Metalon, escolhido por seu um metal
resistente, mas extremamente leve e revestido por uma camada de alumínio.
Os componentes com a função de comando, estão localizados na área interna do degrau fixo,
denominada placa micro-controladora, e são responsáveis pela inteligência do equipamento, recebendo
os comandos do Programa IHM (Interface Homem-Máquina) e os executando através de atuadores.
Programa IHM é um programa que deve ser executado em um computador para o envio de
comandos a placa micro-controladora, possibilitando o controle sobre a elevação dos degraus e o seu
posterior retorno. Foi utilizado o programa Visual Basic™ para a criação do programa IHM.
A medição e controle são realizadas por sensores ultrassônicos e um micro-controlador
PIC16F877, e os protocolo de comunicação por um Circuito Integrado (CI) Max232.
Para o projeto da estrutura mecânica foi utilizado o programa de desenho AutoCAD™.
O projeto de automação, considerando os componentes eletrônicos, foi projetado em programa
computacional Protheus™.
A avaliação do funcionamento e da capacidade de adaptação aos exercícios foi verificada em
testes realizados nos laboratórios do IFSP. Os testes consistiram em configurar as alturas dos degraus,
via programa IHM, em diferentes medidas. Durante os ensaios de ajuste da altura uma pessoa estava
posicionada sobre os degraus. A avaliação foi qualitativa.
RESULTADOS
Os ciclos de exercícios isotônicos ministrados no equipamento Escada Multifuncional se
mostraram satisfatórios no tangente ao fortalecimento muscular, semelhante aos equipamentos de
exercícios isotônicos já utilizados em tratamento de fisioterapia para membros inferiores, com uma
distinção muito positiva, a adaptação a condição do paciente em tempo real, acelerando o tratamento
sem contraindicações aos membros lesionados.
A figura 1 apresenta os desenhos do projeto da estrutura.
A
B
FIGURA 1. Detalhe do degrau móvel e rampa de entrada mais degrau fixo. Em A, detalhe do projeto
do degrau. Em B, detalhe da rampa de acesso.
As características dimensionais são: Rampa de entrada – 120cm de comprimento 83cm de
largura com altura final de 15cm. Degrau fixo – 33cm de comprimento X 83cm de largura X 15cm de
altura. Degrau móvel – 33cm de comprimento X 83cm de largura X 15 cm mínimo e 40cm Máximo
de altura. Rampa de saída – 300cm de comprimento X 83cm de largura com altura inicial entre 15cm e
40cm.
A Figura 2 apresenta a tela do usuário do programa IHM. A altura dos degraus pode ser
digitada diretamente na tela do usuário. Gráficos de utilização e a resposta do sensor ultrassônico pode
ser obtida em abas específicas.
FIGURA 2. Detalhe do Programa IHM feito através do Visual Basics™
A figura 3 apresenta a montagem do protótipo e a placa micro-controladora.
FIGURA 3. Montagem da escada para teste prático e central de operações fixado na parte interna do
degrau fixo.
CONCLUSÃO
O objetivo de construir um equipamento multifuncional para exercícios isotônicos foi
atingido. A solução mecânica se mostrou satisfatória para a proposta de automação. A possibilidade de
configuração das alturas dos degraus possibilitou o ajuste da plataforma de acordo com o tipo de
exercício e com o perfil do paciente, simulado por um dos integrantes. A configuração das alturas dos
degraus foi realizada com facilidade por meio do programa da interface homem-máquina (IHM). O
sistema sensorial da plataforma permitiu avaliar o contraste entre as superfícies. Futuros trabalhos
serão realizados para aprimorar o sistema mecânico para conferir maior robustez e o sistema eletrônico
para aumentar as funcionalidades.
REFERÊNCIAS
EITNER, D.; KUPRIAN, W.;MEISSNER, L.;ORK, H. Fisioterapia nos esportes, v.2, p.21-35,
1989.
SCHMIDT, R.A.; WRISBERG, C. A.; Aprendizagem e Performance Motora, v.4, p.3-315,
2010.
O’SULLIVAN, S.B.; SCHMITZ, T. J.; Fisioterapia: Avaliação e Tratamento v.5, p.600-1000,
2010.